JP2016079922A - 燃焼器ライナの損傷補修方法、および燃焼器ライナ - Google Patents

Abstract

【課題】損傷を受けた燃焼器ライナを、当初のライナ基材と同等以上の高い強度を有するものに補修することができる、燃燃焼器ライナの損傷補修方法、および燃焼器ライナを提供する。
【解決手段】燃焼器ライナのライナ基材に生じた損傷を補修する燃焼器ライナの損傷補修方法であって、ライナ基材の内表面に生じた損傷部分に位置するコーティング層および酸化層を除去するコーティング層および酸化層除去工程（Ｓ１２）と、ライナ基材の内表面の少なくとも一部を除去して、ライナ基材の損傷の少なくとも一部を除去する損傷除去工程（Ｓ１３）と、損傷除去工程で除去されたライナ基材の内表面に、低融点のニッケル基合金粉末、高融点のニッケル基合金粉末、およびセラミックファイバーを含んでなる補修材を配置する補修材配置工程（Ｓ１５）と、補修材が配置された前記燃焼器ライナを拡散熱処理し、補修材を溶融させてライナ基材の内表面に補修部を形成する拡散熱処理工程（Ｓ１６）と、を含んでなる。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、燃焼器ライナの損傷補修方法、および燃焼器ライナに関する。

火力発電所のガスタービン発電設備では、ガスタービンのケーシング内部にタービン軸と同軸に設けられた圧縮機の駆動により圧縮された空気が燃焼器に導入され、この導入された圧縮空気を使用して燃焼器ライナで燃料が燃焼される。この燃焼器ライナで燃焼により発生した高温の燃焼ガスは、トランジションピースを通過して、静翼および動翼に導入され、膨張して動翼を回転駆動させる。この動翼の回転駆動による生じるエネルギーを利用して、発電機などが回転駆動して発電が行われる。

ガスタービン以外に、天然ガスと酸素との燃焼により生成された二酸化炭素（ＣＯ_２）を作動流体としてタービンを駆動するＣＯ_２タービン発電プラントにおいても、生成されたＣＯ_２の大部分が循環して燃焼器に導入され、燃焼により発生した燃焼ガスが動翼を回転駆動させて発電機などが回転駆動して発電が行われる。

このようなガスタービンやＣＯ_２タービンなどに備えられる、燃焼器ライナ、トランジションピース、静翼および動翼などの高温部品は、例えば、Ｎｉ基、Ｃｏ基、またはＮｉ−Ｆｅ基の耐熱超合金などで形成されているが、ガスタービンの運転に伴って、高温部品には、種々の損傷が生じる。上記の高温部品は、燃焼器内は高温の燃焼ガス雰囲気にあるため、加熱により材質劣化を生じる。上記の高温部品は、起動時には低温環境域から高温環境域に推移する段階で、また停止時には高温環境域から低温環境域に推移する段階で、熱疲労が生じ、疲労損傷が蓄積する。疲労損傷の蓄積の結果、上記の高温部品にき裂など損傷が発生する。

ところで、ガスタービンの高温部品の保守管理は、機器の設計段階で決定されるクリープあるいは疲労寿命と、実機の運転、立地上の環境などによって設定される設計寿命とに基づいて、同一機種あるいは同一運転形態をとるガスタービンを分類し、分類された各グループの先行機の実績を用いて設計寿命を補正し、後続機の保守管理を行っている。近年では、ガスタービンの高温部品の劣化および損傷診断を効率的に精度良く予測する保守管理方法が行われている。上記いずれの保守管理方法についても、ガスタービンの高温部品は、定期点検毎に必要に応じて補修が繰り返され、管理寿命に到達した後、一律に廃却となり、高価な新品と交換している。

例えば、ガスタービンなどに使用される燃焼器ライナの定期点検の際に、燃焼器ライナの内表面などにき裂などの損傷が生じていた場合には、許容範囲内で損傷部分の周辺を除去し、溶接補修やろう付け補修などを施すことで、再度、継続して使用される。

特開２０１３−７３４２号公報

燃焼器ライナは定期点検ごと必要に応じて補修されることで、燃焼器ライナは再生されて使用されているが、再生された燃焼器ライナを安定して再度使用する上で、燃焼器ライナのライナ基材の損傷部分の補修箇所が新品と同等以上の強度を有することが求められている。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、損傷を受けた燃焼器ライナを、当初のライナ基材と同等以上の高い強度を有するものに補修することができる、燃燃焼器ライナの損傷補修方法、および燃焼器ライナを提供することである。

一の実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法は、ライナ基材の内表面にコーティング層を有する燃焼器ライナの前記ライナ基材に生じた損傷を補修する燃焼器ライナの損傷補修方法であって、前記ライナ基材の内表面に生じた損傷部分に位置するコーティング層および酸化層を除去するコーティング層および酸化層除去工程と、前記ライナ基材の内表面の少なくとも一部を除去して、前記ライナ基材の前記損傷の少なくとも一部を除去する損傷除去工程と、前記損傷除去工程で除去された前記ライナ基材の内表面に、低融点のニッケル基合金粉末、高融点のニッケル基合金粉末、およびセラミックファイバーを含んでなる補修材を配置する補修材配置工程と、前記補修材が配置された前記燃焼器ライナを拡散熱処理し、前記補修材を溶融させて前記ライナ基材の内表面に補修部を形成する拡散熱処理工程と、を含んでなる。

別の実施形態による燃焼器ライナは、上記の燃焼器ライナの損傷補修方法によって、損傷が補修されてなる。

燃焼器ライナを備えるガスタービンの構成の一例を示す部分断面図である。 燃焼器ライナの部分断面図である。 燃焼器ライナの部分断面図である。 実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法の工程を示すフローチャートである。 実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法の工程を示す説明図である。 新材と試験片との引張強さを示す図である。 新材と試験片との引張強さを示す図である。 新材と試験片との引張強さを示す図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

［実施形態］
図１は、実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法が適用される燃焼器ライナを備えるガスタービンの構成の一例を示す部分断面図である。

図１に示すように、ガスタービン１０は、外気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１で加圧された空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器ライナ１２と、燃焼器ライナ１２で生成した燃焼ガスをタービン部１３に導くトランジションピース１４と、トランジションピース１４によって導入された燃焼ガスにより回転駆動するタービン部１３とを備えている。

圧縮機１１は、圧縮機ケーシング２１内に、動翼２２が設けられた圧縮機ロータ２３を備えている。動翼２２は、周方向に複数設けられ、軸方向に複数段の動翼翼列を構成している。また、圧縮機ケーシング２１の内周には、静翼２４が複数配置され、静翼翼列を構成している。そして、静翼翼列と動翼翼列とが軸方向に交互に構成されている。動翼２２が回転することで、外部の空気が圧縮されつつガスタービン１０内に導かれる。

燃焼器ライナ１２は、例えば、円筒状に形成された燃焼器であり、圧縮機１１の周囲に均等に複数備えられている。燃焼器ライナ１２の詳細は後述するが、燃焼器ライナ１２では、圧縮機で加圧された空気と燃料とを混合されて燃焼して、燃焼ガスを生成する。なお、燃焼器ライナ１２は、一つの層で形成されているが、内層および外層の二重の層で構成されていてもよい。

トランジションピース１４は、燃焼器ライナ１２の出口側端部に接続され、燃焼器ライナ１２からの燃焼ガスを整流しつつタービン部１３に導くものである。

タービン部１３は、タービンケーシング３１内に、動翼３２が設けられたタービンロータ３３を備えている。動翼３２は、周方向に複数設けられ、軸方向に複数段の動翼翼列を構成している。タービンケーシング３１の内周には、静翼３４が複数配置され、静翼翼列を構成している。そして、静翼翼列と動翼翼列とが軸方向に交互に構成されている。タービン部１３に導入された燃焼ガスは、静翼３４を経て動翼３２に噴射され、動翼３２およびタービンロータ３３が回転する。タービンロータ３３の回転エネルギーが、タービンロータ３３に連結された発電機（図示しない）において、電気エネルギーに変換される。

燃焼器ライナ１２について説明する。燃焼器ライナ１２の部分断面図を図２に示す。図２に示すように、燃焼器ライナ１２は、ライナ基材４１で構成され、燃焼器ライナ１２の内表面１２ａにコーティング層４２を備える。コーティング層４２は、ボンドコート層（金属層）４３およびトップコート層（セラミックス層）４４からなり、内表面１２ａ側からボンドコート層４３、トップコート層４４の順にライナ基材４１に積層して構成されている。

ライナ基材４１は、Ｎｉ基耐熱合金で構成されている。本実施形態においては、Ｎｉ基耐熱合金としては、例えば、重量基準で、炭素（Ｃ）０．０５〜０．０１５質量％、コバルト（Ｃｏ）０．５〜２．５質量％、タングステン（Ｗ）０．２〜１．０質量％、クロム（Ｃｒ）２０．５〜２３．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）８．０〜１０．０質量％、鉄（Ｆｅ）１７．０〜２０．０質量％、残部としてニッケル（Ｎｉ）を含んでなるものが挙げられる。なお、その他、不可避的に混入する成分として、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、カルシウム（Ｃａ）など不可避不純物が含まれていてもよい。ライナ基材４１を形成する材料としては、具体的には、Ｎｉｍｏｎｉｃ２６３やハステロイＸなどのＮｉ基耐熱合金で形成されている。

ボンドコート層４３は、金属材料からなり、例えば、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ系などの金属で構成されている。トップコート層４４は、ジルコニア系などのセラミックス材料で構成されている。セラミックス材料としては、例えば８質量％のＹ_２Ｏ_３を含有して安定化されたＺｒＯ_２などを用いることができる。ボンドコート層４３は、例えば、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）などにより形成され、トップコート層４４は、例えば、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）などにより形成される。

燃焼器ライナ１２は、発電プラントのガスタービン１０に長期間に亘って使用されると、燃焼器ライナ１２のライナ基材の厚さ方向の両表面が酸化され、図３に示すように、燃焼器ライナ１２の内表面１２ａおよび外表面１２ｂの両面には、それぞれ一定厚さの酸化層４５、４６が生じる。さらに、燃焼器ライナ１２の内表面１２ａ側には、さらにライナ基材４１と酸化層４５との間に酸化影響層４７が生じると共に、ライナ基材４１および酸化影響層４７には、損傷の一形態であるき裂４８が発生することがある。

酸化層４５、４６の発生原因として、以下の理由が考えられる。ボンドコート層４３およびトップコート層４４には微小な多数の気孔が形成された構造をなしている。これらの気孔を通じて酸素が入り込まれ、ライナ基材４１と反応してライナ基材４１が酸化される。さらにライナ基材４１の外面側は、直接、高温の空気と接しているため、ライナ基材が酸化される。これにより、本実施形態においては、ライナ基材４１の内側および外側の両面にそれぞれ一定厚さの酸化層４５、４６が生じると考えられる。さらに、ライナ基材４１の内周面側には、ライナ基材４１の一定の厚さ範囲にわたって酸化影響層４７が生じると考えられる。なお、ライナ基材４１の外表面１２ｂは内面側よりも温度が低いため、酸化影響層４７はほとんど生じない。

ライナ基材４１および酸化影響層４７に生じたき裂４８が、ライナ基材４１を貫通した場合、燃焼器ライナ１２を使用できる寿命に到達していると判断する。また、き裂４８がライナ基材４１の内表面１２ａに生じているが貫通はしていない場合には、燃焼器ライナ１２を使用できる寿命には到達していないと判断する。このような燃焼器ライナ１２を再使用できるようにするため、燃焼器ライナ１２の内表面１２ａに発生したき裂４８を有する燃焼器ライナ１２の損傷の補修が行われる。

次に、実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法を用いて、燃焼器ライナ１２の内表面１２ａに発生したき裂４８を有する燃焼器ライナ１２の損傷を補修する方法の一例について説明する。

図４は、実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法の一例を示すフローチャートであり、図５は、実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法の工程を示す説明図である。図４、５に示すように、まず、補修を施す燃焼器ライナ１２を受入れ、燃焼器ライナ１２の損傷の検査を行う（受入検査工程：ステップＳ１１）。燃焼器ライナ１２は、材質劣化とともに疲労損傷などを受けて寿命に到達したものでもよいし、材質劣化とともに疲労損傷を受けているが寿命には到達していないものでもよい。

補修を施す燃焼器ライナ１２の内表面１２ａを目視によって観察し、き裂４８の有無、き裂４８の発生箇所などを確認する。また、き裂４８の有無、き裂４８の発生箇所などは、例えば、浸透探傷検査によって検査することができる。なお、き裂４８など損傷を確認および検査する前に、燃焼器ライナ１２を、後述する洗浄処理（ステップＳ１４）と同様に、洗浄してもよい。

次いで、き裂４８が確認されたら、燃焼器ライナ１２の内表面１２ａに生じた損傷部分に位置するコーティング層４２および酸化層４４を除去する（コーティング層および酸化層除去工程：ステップＳ１２）。コーティング層４２および酸化層４４の除去は、き裂４８が確認された箇所だけでもよいが、き裂４８が観察された箇所およびその周辺領域を含めて行うことが好ましい。コーティング層４２および酸化層４４は、例えば、アルミナなどからなる研磨剤の粒子を高速で吹き付けるブラスト処理などによって除去される。ボンドコート層４３は、上記のブラスト処理などの他に、例えば、塩酸、リン酸などボンドコート層４３を構成する金属を除去できる薬剤を使用する化学処理などを用いてもよい。き裂４８の内部の酸化層４４および酸化影響層４５は、例えば、フッ化水素雰囲気中で熱処理（例えば、温度が１０００℃下）して還元することで除去することができる。

次いで、燃焼器ライナ１２の内表面１２ａの少なくとも一部を除去して、ライナ基材４１に生じたき裂４８などの損傷の少なくとも一部を除去する（き裂除去工程：ステップＳ１３）。ライナ基材４１も、例えば、砥石などを用いた研削、またははつりなどによって除去される。本実施形態では、ライナ基材４１の一部を除去して、一部のき裂４８は除去され、他方のき裂４８は完全に除去されずに残っている。ライナ基材４１に生じたき裂４８は、一部のみを除去するようにしてもよいが全部を除去するようにしてもよい。ライナ基材４１の除去部分は、き裂４８の深さなどに応じて適宜決定するようにしてもよい。

次いで、ライナ基材４１からき裂４８を少なくとも一部を除去した後、燃焼器ライナ１２の全体を洗浄する（洗浄工程：ステップＳ１４）。洗浄方法については、例えば、炭化水素などの有機溶剤が浸み込んだウエスなどを用いて、ライナ基材４１の内表面１２ａの汚れや油分などが拭き取られる。ライナ基材４１の洗浄は、内表面１２ａの他に、外表面１２ｂも洗浄するようにしてもよい。ライナ基材４１の洗浄は、例えば、有機溶剤槽の中に燃焼器ライナ１２を入れて、超音波洗浄する方法を用いることもできる。

次いで、き裂除去工程（ステップＳ１３）で除去されたライナ基材４１の内表面１２ａに、補修材５１を配置する（補修材配置工程：ステップＳ１５）。

補修材５１は、低融点のニッケル基合金粉末（Ｎｉ基溶融合金粉末）５２、高融点のニッケル基合金粉末（Ｎｉ基非溶融合金粉末）５３、およびセラミックファイバー５４を含んでなるものである。

低融点のニッケル基合金粉末５２は、後述する拡散熱処理によって溶融するＮｉ基溶融合金を含む粉末である。低融点のニッケル基合金粉末５２は、Ｎｉを主成分として、Ｂ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｐなどの添加物を含んだ合金である。低融点のニッケル基合金粉末としては、例えば、ＪＩＳ Ｚ３２６５で規定されている、ＢＮｉ−１、ＢＮｉ−１Ａ、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−３、ＢＮｉ−４、ＢＮｉ−５、ＢＮｉ−６、ＢＮｉ−７のＮｉ基合金や、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系のＮｉ基合金などを使用することができる。

高融点のニッケル基合金粉末５３は、上記の低融点のニッケル基合金粉末よりも融点が高く、後述する拡散熱処理によっては溶融しないＮｉ基非溶融合金を含む粉末である。高融点のニッケル基合金粉末５３も、低融点のニッケル基合金粉末５２と同様、Ｎｉを主成分として、Ｂ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｐなどの添加物を含んだ合金である。高融点のニッケル基合金粉末としては、例えば、Ｎｉｍｏｎｉｃ(商標名)２６３やハステロイＸ(商標名)などのＮｉ基耐熱合金、ＨＡ２８２、ＭａｒＭ２４７、ＧＴＤ１１１、ＩＮ７３８ＬＣなどを使用することができる。

セラミックファイバー５４は、アルミナ、シリカを含む群から選択される少なくとも１種以上を用いて形成することができる。本実施形態においては、セラミックファイバー５４を構成する、アルミナ、シリカなどの成分の純度は高いことが好ましい。セラミックファイバー５４は、単繊維でもよいし、複数の単繊維を束ねたものでもよい。

セラミックファイバー５４の平均直径は、１０〜３０μｍであることが好ましい。セラミックファイバー５４の平均直径が、上記範囲内であれば、高融点のニッケル基合金粉末５３間に混入させることができ、ライナ基材４１の補修材として有効に用いることができる。

セラミックファイバー５４の平均長さは、０．５〜１０ｍｍであることが好ましい。セラミックファイバー５４の長さが、上記範囲内であれば、高融点のニッケル基合金粉末５３間に混入させることができ、ライナ基材４１の補修材として有効に用いることができる。

セラミックファイバー５４の含有率は、補修材５１の全質量を基準として、２０〜７０質量％（ｗｔ％）で含まれていることが好ましく、より好ましくは、３０〜６０質量％である。セラミックファイバー５４の含有率が、上記範囲内であれば、高融点のニッケル基合金粉末５３の割合が低減することを抑制しつつ、燃焼器ライナ１２の強度を保つことができるため、ライナ基材４１の補修材として有効に用いることができる。

セラミックファイバー５４は、非晶質ファイバー、多結晶質ファイバーの少なくとも何れか一方を含んで構成されたものを用いることができる。非晶質ファイバーとしては、例えば、アルミナが４０〜６０％程度の原料を溶融状態から高速の気体流や高速回転するローターの遠心力を利用して形成したファイバーを用いることができる。多結晶質ファイバーは、非晶質ファイバーよりも耐熱温度の高いファイバーである。多結晶質ファイバーとしては、例えば、アルミナが７０％以上の原料をゾルゲル法または高温焼成により結晶化させて形成したファイバーを用いることができる。

本実施形態においては、補修材５１は、低融点のニッケル基合金粉末５２として、ＢＮｉ−５を用い、高融点のニッケル基合金粉末５３として、ハステロイＸ（商標名）、Ｎｉｍｏｎｉｃ（商標名） ２６３、またはＨＡ２８２の少なくとも１つを用い、セラミックファイバー５３として、非晶質ファイバーとを混合した混合粉末を用いることが好ましい。

補修材５１は、低融点のニッケル基合金粉末５２、高融点のニッケル基合金粉末５３、およびセラミックファイバー５４とを混合した混合粉末をそのまま使用してもよいし、上記の混合粉末に、ろう付け用のバインダー材料を添加してペースト状としたものでもよい。

補修材５１は、例えば、刷毛などによる塗布や、スプレーなどによる吹き付けなどによって、ライナ基材４１の内表面１２ａのき裂４８全体を覆うように配置される。なお、き裂４８の幅が大きな部分には、補修材５１をライナ基材４１に配置する段階で補修材５１がき裂４８の内部にも配置されることもある。

補修材５１がペースト状などである場合、補修材５１がライナ基材４１を流れ落ちることを防止するため、補修材５１をライナ基材４１に配置した後、保持部材で補修材５１を覆うようにしてもよい。前記保持部材としては、例えば、アルミナ系、ジルコニア系、ジルコニアーシリカ系などのセラミックスなどで構成されている。この場合、前記保持部材は、後述する拡散熱処理工程（ステップＳ１６）後に、剥離や振動などを与えて取り外すことができる。

次いで、補修材５１がライナ基材４１に配置された燃焼器ライナ１２を真空炉（真空熱処理炉）内に装入し、熱処理を行う（拡散熱処理工程：ステップＳ１６）。本実施形態においては、補修材５１の熱処理を、拡散熱処理という。拡散熱処理を行うことによって、補修材５１のうち、低融点のニッケル基合金粉末５２が溶融し、溶融した低融点のニッケル基合金５２’中に高融点のニッケル基合金粉末５３およびセラミックファイバー５４が含まれる状態が形成される。また、溶融した低融点のニッケル基合金５２’と共に、高融点のニッケル基合金粉末５３およびセラミックファイバー５４は、ライナ基材４１に残るき裂４８内部にまで広がる。このようにして、ライナ基材４１の内周面１２ａに配置された補修材５１は、補修部６１となり、き裂４８が補修される。溶融した低融点のニッケル基合金５２’中に高融点のニッケル基合金粉末５３およびセラミックファイバー５４が存在しており、高融点のニッケル基合金粉末５３間にセラミックファイバー５４が存在する。そのため、高融点のニッケル基合金粉末５３同士の間に沿ってき裂４８や、高融点のニッケル基合金粉末５３同士の間にボイドなどが生じても、セラミックファイバー５４が高融点のニッケル基合金粉末５３同士や溶融した低融点のニッケル基合金５２’同士をつなぐため、補修部６１は、ライナ基材４１と同等以上の高い強度を有することができる。

本実施形態においては、真空熱処理炉内に配置された燃焼器ライナ１２の拡散熱処理の温度は、１０００〜１２００℃で行うことが好ましい。これにより、低融点のニッケル基合金粉末５２を十分に溶融することができ、ライナ基材４１の内表面１２ａに拡散させることができる。

本実施形態においては、真空熱処理炉内に配置された燃焼器ライナ１２の拡散熱処理の保持時間は、２０分〜１時間の間で行うことが好ましい。拡散熱処理の保持時間が、上記範囲内であれば、低融点のニッケル基合金粉末５２を十分に溶融させることができる。

本実施形態においては、補修材５１の拡散熱処理を真空雰囲気中で行うことが好ましい。補修材５１を真空雰囲気中で拡散熱処理することにより、補修部６１の酸化を抑制することができる。

拡散熱処理後、補修部６１の表面側にコーティング層４２を形成する（リコーティング工程：ステップＳ１７）。この工程は、補修前に燃焼器ライナ１２を被覆していたコーティング層４２を再生する工程である。補修部６１の表面６１ａに、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）などにより金属粉末を溶射することによって、ボンドコート層４３を形成する。次いで、ボンドコート層４３の表面に、例えば、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）などによってトップコート層４４を形成する。これにより、補修部６１の表面６１ａにコーティング層４２が形成され、燃焼器ライナ１２が再生される。

次いで、再生された燃焼器ライナ１２を、出荷前に燃焼器ライナ１２の損傷の有無などの検査を行う（出荷前検査工程：ステップＳ１８）。

以上の工程を経て、ライナ基材４１の損傷の補修が完了し、再生された燃焼器ライナ１２が使用される。

このように、本実施形態によれば、燃焼器ライナ１２のライナ基材４１に生じたき裂４８を除去した箇所に形成される補修部６１は、低融点のニッケル基合金５２’中に高融点のニッケル基合金粉末５３の他にセラミックファイバー５４を含んでいるため、損傷を受けた燃焼器ライナ１２を当初のライナ基材４１と同等以上の高い強度を有するものに補修することができる。このため、燃焼器ライナ１２の定期点検などにおいて、燃焼器ライナ１２に変形を生じさせることなく、損傷であるき裂４８を補修することができる。これにより、燃焼器ライナ１２の定期点検時などに、再生された燃焼器ライナ１２をガスタービン１０に組み立てる際などに再生された燃焼器ライナ１２が変形することを抑制することができるため、再生された燃焼器ライナ１２を安定して再使用することができる。

なお、本実施形態においては、損傷として、き裂４８を有する場合について説明したが、損傷として、き裂４８以外に、クリープボイドなどを有する場合、酸化またはエロージョンによって減肉を生じている部分などにも、同様に、本実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法を適用することができる。

次に、実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法を、実施例及び比較例を挙げてさらに具体的に説明するが、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
（燃焼器ライナの補修および再生）
燃焼器ライナとして、実際に実プラントにおけるガスタービンに用いて、寿命に到達して廃却となった燃焼器ライナを用いて行った。燃焼器ライナを構成するライナ基材のＮｉ基超合金の組成の成分を、下記の表１に示す。

燃焼器ライナの損傷補修方法の手順は、まず、燃焼器ライナに受入検査を行った。受入検査によりライナ基材の内表面にき裂などの損傷がある場合には、燃焼器ライナのライナ基材の内表面に形成されている、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ系のボンドコート層と、ボンドコートの表面に形成されるジルコニア系のトップコート層とからなるコーティング層を除去した。その後、ライナ基材の内表面側に形成されている酸化層と、ライナ基材および酸化層を切削機具によって除去した。コーティング層および酸化層を除去した後、ライナ基材のき裂が生じている部分を含む周辺領域の一部を除去した。その後、燃焼器ライナの内表面の全体を洗浄した。その後、低融点のニッケル基合金粉末（ＢＮｉ−５、ハードフェースウェルズカンパニー社製）、高融点のニッケル基合金粉末（ハステロイ Ｘ（商標名）米国ヘインズ社製）、および非晶質ファイバーを配合したものにバインダーをさらに配合して、ペースト状とした補修材をライナ基材の内表面に塗布した。なお、非晶質ファイバーとして、アルミナおよびシリカを主成分とした無機繊維であり、アルミナが４０〜６０％程度の原料を溶融状態から高速の気体流や高速回転するローターの遠心力を利用して作製されたファイバーを用いた。その後、燃焼器ライナを真空炉（真空熱処理炉）内に装入して、拡散熱処理を行い、ライナ基材の内表面に補修部を形成した。その後、補修部の表面側にコーティング層を形成した。

（評価）
燃焼器ライナの補修を実施した後、再生された燃焼器ライナから、中央部分に補修部が位置するように試験材（試験片）を３つ採取した。このそれぞれの試験片の引張強さを、ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張試験方法」に準じて確認した。また、新材を３つ準備して、引張強さを同様に評価した。新材および試験片の引張強さを図６に示す。図６に示すように、試験片は新材と同等以上の引張強さを示した。よって、補修部はライナ基材と同等以上の引張強さを有するため、本実施形態による燃焼器ライナの補修方法は、寿命に到達して廃却となった燃焼器ライナの補修にも有効に用いることができるといえる。

［実施例２］
（燃焼器ライナの補修および再生）
燃焼器ライナとして、実際に実プラントにおけるガスタービンに用いて、寿命に到達する前の燃焼器ライナを用いて行った。燃焼器ライナのライナ基材は、上記の実施例１と同様の組成を有するＮｉ基超合金材を用いて行った。また、補修材として、高融点のニッケル基合金粉末として、上記の実施例１のハステロイ Ｘ（商標名、ヘインズ社製）に代えて、Ｎｉｍｏｎｉｃ（商標名）２６３（スペシャルメタルズ社製）を用いたこと以外は上記の実施例１と同様の補修材を用いて行った。

（評価）
実施例１と同様にして、燃焼器ライナの補修を実施した後、再生された燃焼器ライナから、中央部分に補修部が位置するように試験片を３つ採取し、それぞれの試験片の引張強さを、ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張試験方法」に準じて確認した。また、新材を３つ準備して、引張強さを同様に評価した。新材および試験片の引張強さを図７に示す。図７に示すように、試験片は新材と同等以上の引張強さを示した。よって、補修部はライナ基材と同等以上の引張強さを有するため、本実施形態による燃焼器ライナの補修方法は、寿命に到達する前の燃焼器ライナの補修にも有効に用いることができるといえる。

［実施例３］
（燃焼器ライナの補修および再生）
燃焼器ライナとして、実際に実プラントにおけるガスタービンに用いて、寿命に到達する前の燃焼器ライナを用いて行った。燃焼器ライナを構成するライナ基材のＮｉ基超合金の組成を、下記の表２に示す。補修材として、高融点のニッケル基合金粉末として、ハステロイ Ｘ（商標名、ヘインズ社製）の他に、Ｎｉｍｏｎｉｃ（商標名）２６３（スペシャルメタルズ社製）も含んだものを用いたこと以外は上記の実施例１と同様の補修材を用いて行った。

（評価）
実施例１と同様にして、燃焼器ライナの補修を実施した後、再生された燃焼器ライナから、中央部分に補修部が位置するように試験片を３つ採取し、それぞれの試験片の引張強さを、ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張試験方法」に準じて確認した。また、新材を３つ準備して、引張強さを同様に評価した。新材および試験片の引張強さを図８に示す。図８に示すように、試験片は新材と同等以上の引張強さを示した。よって、補修部はライナ基材と同等以上の引張強さを有するため、本実施形態の燃焼器ライナの補修方法は、寿命に到達する前の燃焼器ライナの補修にも有効に用いることができるといえる。

以上のように、本実施形態によれば、損傷を受けた燃焼器ライナを当初のライナ基材と同等以上の高い強度を有するものに補修することができる。

なお、本実施形態においては、ガスタービンやＣＯ_２タービンなどの高温部品として、燃焼器ライナの補修の場合について説明したが、ガスタービンやＣＯ_２タービンなどに備えられる、トランジションピース、静翼および動翼などその他の高温部品についても、本実施形態による燃焼器ライナの損傷補修方法を適用することができる。

以上の通り、本発明による実施形態を説明したが、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器ライナ
１３ タービン部
１４ トランジションピース
２１ 圧縮機ケーシング
２２、３２ 動翼
２３ 圧縮機ロータ
２４、３４ 静翼
３１ タービンケーシング
３３ タービンロータ
４１ ライナ基材
４２ コーティング層
４３ ボンドコート層（金属層）
４４ トップコート層（セラミックス層）
４５、４６ 酸化層
４７ 酸化影響層
４８ き裂
５１ 補修材
５２ 低融点のニッケル基合金粉末（Ｎｉ基溶融合金粉末）
５２’ 溶融した低融点のニッケル基合金
５３ 高融点のニッケル基合金粉末（Ｎｉ基非溶融合金粉末）
５４ セラミックファイバー
６１ 補修部

Claims (10)

1. ライナ基材の内表面にコーティング層を有する燃焼器ライナの前記ライナ基材に生じた損傷を補修する燃焼器ライナの損傷補修方法であって、
   前記ライナ基材の内表面に生じた損傷部分に位置するコーティング層および酸化層を除去するコーティング層および酸化層除去工程と、
   前記ライナ基材の内表面の少なくとも一部を除去して、前記ライナ基材の前記損傷の少なくとも一部を除去する損傷除去工程と、
   前記損傷除去工程で除去された前記ライナ基材の内表面に、低融点のニッケル基合金粉末、高融点のニッケル基合金粉末、およびセラミックファイバーを含んでなる補修材を配置する補修材配置工程と、
   前記補修材が配置された前記燃焼器ライナを拡散熱処理し、前記補修材を溶融させて前記ライナ基材の内表面に補修部を形成する拡散熱処理工程と、
   を含んでなることを特徴とする燃焼器ライナの損傷補修方法。
2. 前記セラミックファイバーが、アルミナ、およびシリカを含んでなる群から選択されてなる、請求項１に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法。
3. 前記セラミックファイバーの含有率が補修材の全質量を基準として、２０〜７０質量％である、請求項１または２に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法。
4. 前記拡散熱処理工程後、前記補修部にコーティング層を形成するリコーティング工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法。
5. 前記拡散熱処理が真空下で行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法。
6. 前記拡散熱処理の温度が、１０００〜１２００℃である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法。
7. 前記低融点のニッケル基合金粉末として、前記拡散熱処理によって溶融するニッケル基溶融合金粉末を用いる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法。
8. 前記高融点のニッケル基合金粉末として、前記低融点のニッケル基合金粉末よりも融点が高く、前記拡散熱処理によって溶融しないニッケル基溶融合金粉末を用いる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法。
9. 前記ライナ基材が、炭素（Ｃ）０．０５〜０．０１５質量％、コバルト（Ｃｏ）０．５〜２．５質量％、タングステン（Ｗ）０．２〜１．０質量％、クロム（Ｃｒ）２０．５〜２３．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）８．０〜１０．０質量％、鉄（Ｆｅ）１７．０〜２０．０質量％、残部としてニッケル（Ｎｉ）を含んでなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃焼器ライナの損傷補修方法によって、損傷が補修されたことを特徴とする燃焼器ライナ。

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